御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:三角函數(弧度量、三角函數的圖形、和差角與倍角半角公式、正餘弦的疊合)

中山大學附中 114 上
高二第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 17 題,照原卷順序

多重選擇題 4 題(32 分)、填充題 9 題(54 分)、混合題 2 題共 4 小題(14 分)

一、多重選擇題(一題 8 分,共 32 分,錯一個選項扣 3 分)
1
下列哪些函數圖形可由 y=sinx 的圖形向右平移 85π​ 單位獲得?
  1. (A) y=sin(x−85π​)
  2. (B) y=sin(x+85π​)
  3. (C) y=sin(x+811π​)
  4. (D) y=cos(x−85π​)
  5. (E) y=cos(x+83π​)
2
已知 ∠A 為鈍角,且 sinA=53​,試判斷下列各式中正確的有哪些?
  1. (A) cos(2A)=257​
  2. (B) tan(2A​)=21​
  3. (C) sin(3A)=125117​
  4. (D) cos(A+4π​)=103−52​​
  5. (E) sinA+cosA=57​ 或 −51​
3
下列選項中哪些正確?
  1. (A) sin1<0.5
  2. (B) sin1<sin2
  3. (C) cos1<sin1
  4. (D) sin1>tan1
  5. (E) cos5<0
4
下列選項中哪些正確?
  1. (A) f(x)=3​sinx+3cosx,所得到的振幅為 12,週期為 2π
  2. (B) y=asin(bx+c) 的圖形與 y=−asin(bx+c−π) 相同(a、b、c 屬於實數)
  3. (C) y=sinθ 的定義域為全體實數 R;值域為全體實數 R;週期為 π
  4. (D) y=−3sin2θ+2cosθsinθ 的定義域為全體實數 R;值域為 {y∈R∣−1≤y≤1};週期為 π
  5. (E) 函數 y=acos(bx+c)+d 的週期為 ∣b∣2π​(b=0),振幅為 2∣a∣
二、填充題(一題 6 分,共 54 分)(流傳版本題號 1~9,本頁接續編為第 5~13 題)
5
已知扇形面積為 9,試問:(1) 扇形周長最小值。 ____ (2) 當周長為最小值時的圓心角。 ____
6
試問傳統式時鐘 5:10 時,時針與分針的最小正夾角為多少弳? ____
7
已知 tanα=3 且 tan(α−β)=5,試問 tanβ 的值? ____
8
已知一三角形內角 θ 滿足 cosθ=−31​,試問 sin3π​×cos(π+θ)+tanθ=? ____
9
試問方程式 4cos(2x)=x 有幾個實數解? ____
10
P(cosα,sinα)、Q(cosβ,sinβ) 且 α−β=67​π,試問 P 到 Q 距離? ____
11
在 0≤x≤2π 的範圍內,求方程式 2​cosx−2​sinx=1 的解? ____
12
△ABC 中,已知 BC=10、cosB=54​、cosC=5​2​,求 △ABC 面積? ____
13
某地的潮汐高度(單位:公尺)可由下列函數近似表示:h(t)=sin(24πt​)+3​cos(24πt​),其中 t 為時間(單位:小時),t=0 代表午夜時刻。試求凌晨 1 點(t=1)時潮汐高度 h(1)。 ____
三、混合題(一題 7 分,共 14 分,作答時請標明題號,否則不予計分)(流傳版本題號 1(1)、1(2)、2(1)、2(2),本頁編為第 14~17 題)
混合題 1(第 14-15 題)(第 14~15 題) 已知附圖為 y=5sin(10π​x−25​x)+5 的部分圖形,試求:
14
(1) 附圖中最高點 y 坐標?(3 分)
載入中...
15
(2) 當 0≤x≤50 於第一象限所圍成的面積區域為多少?(4 分)
混合題 2(第 16-17 題)(第 16~17 題) 已知函數 y=f(x)=−4sinxcosx+3 可寫成 y=f(x)=asin(bx+c)+d 的部分圖形如右圖,其中 a、b、c、d 皆為常數,且 a>0、b<0、π≤c≤3π,試問:
16
(1) 若最低點在 (45​π,k),試問 k 值?(3 分)
載入中...
17
(2) 求數對 (a,b,c,d)。(4 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(C)
第 2 題(A)(C)
第 3 題(B)(C)
第 4 題(B)
第 5 題(1) 12 (2) 2(弧度)
第 6 題3619​π
第 7 題−81​
第 8 題63​−122​​
第 9 題5
第 10 題26​+2​​
第 11 題x=12π​ 或 1217​π
第 12 題15
第 13 題2+2​​
第 14 題10
第 15 題250
第 16 題1
第 17 題(2,−2,2π,3)
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多選 1~2:圖形的平移、鈍角的倍角與半角

第 1 題向右平移 85π​ 是把 x 換成 x−85π​,得 y=sin(x−85π​),(A) 正確。(C) x+811π​=(x−85π​)+2π,正弦的週期是 2π,與 (A) 是同一個函數,正確。(B) x+85π​ 與 x−85π​ 相差 45π​,不是 2π 的整數倍,不同。(D) 用 cost=sin(t+2π​):cos(x−85π​)=sin(x−8π​),不同。(E) cos(x+83π​)=sin(x+87π​),87π​ 與 −85π​ 相差 23π​,不同。
判斷兩個正弦式是不是同一個函數,看括號內相差的量是不是 2π 的整數倍;遇到餘弦先用 cost=sin(t+2π​) 換成正弦再比。
第 2 題A 是鈍角,cosA<0,cosA=−1−259​​=−54​。(A) cos2A=1−2sin2A=1−2518​=257​,正確。(B) tan2A​=1+cosAsinA​=51​53​​=3,不是 21​。(C) sin2A=2×53​×(−54​)=−2524​,sin3A=sin2AcosA+cos2AsinA=12596​+12521​=125117​,正確。(D) cos(A+4π​)=22​​(cosA−sinA)=22​​×(−57​)=−1072​​,不正確。(E) sinA+cosA=53​−54​=−51​,只有這一個值;57​ 是 A 為銳角時的值,不合條件,所以寫成「57​ 或 −51​」不正確。
(B) 的 21​ 是把 cosA 當成 +54​ 才會得到的值;題目說鈍角,餘弦一定取負。

02多選 3~4:弧度下比大小、振幅與週期

第 3 題π≈3.14,所以 6π​≈0.52、4π​≈0.79、2π​≈1.57、23π​≈4.71、2π≈6.28。(A) 1>6π​,而正弦在 0 到 2π​ 遞增,sin1>sin6π​=0.5,不正確。(B) sin2=sin(π−2),π−2≈1.14,1<1.14<2π​,所以 sin1<sin2,正確。(C) 4π​<1<2π​,在這個範圍正弦大於餘弦,正確。(D) 1 是第一象限角,0<cos1<1,tan1=cos1sin1​>sin1,不正確。(E) 23π​<5<2π,5 弧度是第四象限角,cos5>0,不正確。
這裡的 1、2、5 都是弧度,不是度。先把它們和 6π​、4π​、2π​、π、23π​ 的近似值比,確定落在哪一段再判斷。
第 4 題(A) 疊合:3​sinx+3cosx=3+9​sin(x+φ)=23​sin(x+3π​),振幅是 23​,不是 12(週期 2π 是對的),不正確。(B) sin(t−π)=−sint,所以 −asin(bx+c−π)=−a×(−sin(bx+c))=asin(bx+c),兩個函數相同,正確。(C) y=sinθ 的值域是 −1≤y≤1、週期是 2π,不正確。(D) 2cosθsinθ=sin2θ,所以 y=−3sin2θ+sin2θ=−2sin2θ,值域是 −2≤y≤2(定義域與週期 π 是對的),不正確。(E) 週期 ∣b∣2π​ 正確,但振幅是 ∣a∣,不是 2∣a∣,不正確。
流傳版本 (D) 的值域集合印作 {n∈R∣−1≤y≤1},n 應為 y;這不影響判斷。振幅是最大值與最小值之差的一半。

03填充 1~4(第 5~8 題):扇形、時鐘、正切差角、內角的三角函數值

第 5 題設半徑 r、圓心角 θ(弧度)。面積 21​r2θ=9,所以 rθ=r18​。周長 =2r+rθ=2r+r18​。由算幾不等式,2r+r18​≥22r×r18​​=236​=12,等號在 2r=r18​ 即 r=3 時成立,周長最小值為 12。此時 θ=r218​=2(弧度)。
θ=2 小於 2π,是合理的圓心角。面積固定的扇形,周長最小時弧長剛好等於兩個半徑的和(rθ=2r)。
第 6 題分針每分鐘走 6∘,時針每分鐘走 0.5∘。從 12 的位置順時針量:5:10 時分針在 10×6∘=60∘,時針在 5×30∘+10×0.5∘=155∘。夾角 155∘−60∘=95∘(小於 180∘,就是較小的那個角),化成弧度:95×180π​=3619​π。
時針不是停在 5 上,10 分鐘內它又走了 5∘。
第 7 題β=α−(α−β),用正切的差角公式:tanβ=1+tanαtan(α−β)tanα−tan(α−β)​=1+3×53−5​=16−2​=−81​。
也可以直接設 tanβ=t,由 1+3t3−t​=5 解出 t=−81​,結果相同。
第 8 題θ 是三角形的內角,0<θ<π,sinθ>0:sinθ=1−91​​=322​​,tanθ=cosθsinθ​=−22​。又 cos(π+θ)=−cosθ=31​,sin3π​=23​​。所求 =23​​×31​+(−22​)=63​​−22​=63​−122​​。
餘弦為負表示 θ 是鈍角,正切也是負的。

04填充 5~6(第 9~10 題):圖形的交點個數、單位圓上兩點的距離

第 9 題看 y=4cos2x(週期 π)與直線 y=x 的交點個數。因為 −4≤4cos2x≤4,交點只會在 −4≤x≤4。y=4cos2x 在 x=0,±π 時到最高點 4,在 x=±2π​ 時到最低點 −4,相鄰的最高點與最低點之間曲線單調。逐段比較兩端的高低(2π​≈1.57、π≈3.14):0≤x≤2π​,曲線由 4 降到 −4,直線由 0 升到 1.57,曲線由上方變到下方,1 個交點;2π​≤x≤π,曲線由 −4 升到 4,直線由 1.57 升到 3.14,曲線由下方變到上方,1 個;π≤x≤4,曲線由 4 一路下降,x=4 時曲線的值是 4cos8≈−0.58,低於直線的 4,曲線由上方變到下方,1 個。−2π​≤x≤0,曲線由 −4 升到 4,直線由 −1.57 升到 0,1 個;−π≤x≤−2π​,曲線由 4 降到 −4,直線由 −3.14 升到 −1.57,1 個;−4≤x≤−π,曲線由 4cos8≈−0.58 一路上升到 4,直線的值在 −4 到 −3.14 之間,曲線都在直線上方,沒有交點。合計 3+2=5 個。
載入中...
這兩個圖形不對稱於原點(餘弦是偶函數、y=x 是奇函數),左右兩邊的交點個數不一樣,不能只數一邊再乘以 2。
第 10 題PQ​2=(cosα−cosβ)2+(sinα−sinβ)2=2−2(cosαcosβ+sinαsinβ)=2−2cos(α−β)=2−2cos67π​=2+3​。所以 PQ​=2+3​​=24+23​​​=2​3​+1​=26​+2​​。
4+23​=(3​+1)2,雙重根號可以化開。P、Q 都在單位圓上,夾的圓心角是 67π​(或說 65π​),弦長也可以用 2sin125π​ 算,結果相同。

05填充 7~9(第 11~13 題):疊合解方程式、三角形面積、潮汐函數

第 11 題2​cosx−2​sinx=2(22​​cosx−22​​sinx)=2(cosxcos4π​−sinxsin4π​)=2cos(x+4π​)。方程式成為 cos(x+4π​)=21​。0≤x≤2π 時 4π​≤x+4π​≤49π​,在這個範圍內餘弦等於 21​ 的角是 3π​ 與 35π​,所以 x=3π​−4π​=12π​ 或 x=35π​−4π​=1217π​。
疊合後角度的範圍要跟著換成 4π​ 到 49π​;37π​ 已超過 49π​,不取。
第 12 題兩個餘弦都是正的,B、C 都是銳角:sinB=53​、tanB=43​;sinC=5​1​、tanC=21​。作 A 到 BC 的高,垂足 H 落在 BC 上,設高為 h,則 BH=tanBh​=34​h、CH=tanCh​=2h。BH+CH=34​h+2h=310​h=10,h=3。面積 =21​×10×3=15。
另一個做法:sinA=sin(B+C)=53​×5​2​+54​×5​1​=5​2​,由正弦定理 AC=sinA10sinB​=35​,面積 =21​×10×35​×5​1​=15。
第 13 題疊合:sinu+3​cosu=2(21​sinu+23​​cosu)=2sin(u+3π​),所以 h(t)=2sin(24πt​+3π​)。h(1)=2sin(24π​+248π​)=2sin83π​=2cos8π​。由半角公式,cos8π​=21+cos4π​​​=42+2​​​=22+2​​​,所以 h(1)=2+2​​(約 1.85 公尺)。
24π​ 本身不是特別角,但疊合後加上 3π​ 成為 83π​,它的餘角 8π​ 是 4π​ 的一半,可以用半角公式。
看到 asinx+bcosx 先疊合成單一正弦或餘弦;解方程式時把角度範圍一起換過去,再在新範圍裡找角。

06混合題 1(第 14~15 題):圖形的最高點、用對稱性求面積

第 14 題題幹照原卷印作 −25​x,但照這樣圖形不過原點、與附圖不合(見下方說明);依附圖與參考答案,本題組以下以 y=5sin(10π​x−25π​)+5 說明。sin 的值最大是 1,所以 y=5sin(10π​x−25π​)+5 的最大值是 5×1+5=10,最高點的 y 坐標為 10。進一步化簡:sin(t−25π​)=sin(t−2π​)=−cost,所以 y=5−5cos10πx​,週期 π/102π​=20;x=0 時 y=0,x=10 時到最高點 (10,10),x=20 時又回到 0,與附圖相符。
題幹照原卷,函數印作 y=5sin(10π​x−25​x)+5;照這樣印,x=0 時 y=5,圖形不過原點,與附圖不合。依附圖與參考答案,第二項應為 25​π。不論哪一種寫法,最高點的 y 坐標都是 10。
第 15 題y=5−5cos10πx​≥0,圖形都在 x 軸上方(含 x 軸),所求是曲線與 x 軸在 0≤x≤50 之間所夾的面積。先看半個週期 0≤x≤10:把 x 換成 10−x,cos10π(10−x)​=−cos10πx​,所以 y(x)+y(10−x)=10,也就是這一段曲線對稱於點 (5,5)。因此曲線把長 10、高 10 的長方形(0≤x≤10、0≤y≤10)分成全等的兩塊,曲線下方的面積是 21​×10×10=50。下一個半週期 10≤x≤20 與這一段對稱於直線 x=10,面積也是 50。之後每 20 重複一次。0≤x≤50 共 5 個半週期,面積 =5×50=250。
這一題不需要積分。也可以這樣看:一個完整週期裡,曲線在水平線 y=5 上方凸出的部分與下方凹進去的部分全等,割補後剛好是寬 20、高 5 的長方形,面積 100;50 是兩個半週期,2.5×100=250。

07混合題 2(第 16~17 題):倍角化簡、改寫成指定的形式

第 16 題用二倍角公式 2sinxcosx=sin2x:f(x)=−2sin2x+3。sin2x 最大是 1,所以 f(x) 的最小值是 −2+3=1,最低點的 y 坐標 k=1。檢查:x=45π​ 時 sin25π​=sin2π​=1,f(45π​)=1,確實是最低點。
係數是負的,sin2x 最大時 f(x) 反而最小。圖上從 (0,3) 出發先往下走,也是因為這個負號。
第 17 題f(x)=−2sin2x+3。最大值 5、最小值 1,所以 d=25+1​=3,a>0 時 a=25−1​=2。週期是 π=∣b∣2π​,∣b∣=2,又 b<0,所以 b=−2。利用 −sint=sin(−t):−2sin2x=2sin(−2x)。要 2sin(−2x+c)=2sin(−2x) 對所有 x 成立,c 必須是 2π 的整數倍;在 π≤c≤3π 內只有 c=2π。所以 (a,b,c,d)=(2,−2,2π,3)。
檢查:2sin(−2x+2π)+3=2sin(−2x)+3=−2sin2x+3。如果沒有 b<0 的限制,也可以寫成 2sin(2x+π)+3;題目的三個條件讓寫法只剩一種。
圖形題先把函數化成 asin(bx+c)+d:d 是最大值與最小值的平均,∣a∣ 是兩者之差的一半,週期是 ∣b∣2π​;c 最後用同界角與題目給的範圍決定。

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